KR102064609B1 - 아날로그 파동 컴퓨터 및 아날로그 파동 컴퓨팅 방법 - Google Patents

아날로그 파동 컴퓨터 및 아날로그 파동 컴퓨팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아날로그 파동 컴퓨터에 있어서, 외부의 신호를 입력받고, 상기 외부의 신호에 대응한 제1 광신호를 발생하는 입력부; 상기 입력부로부터 제1 광신호를 전달받고 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 통해 상기 제1 광신호를 연산하여 제2 광신호를 발생하는 연산부; 및 상기 연산부로부터 제2 광신호를 전달받는 출력부;를 포함한다.

Description

아날로그 파동 컴퓨터 및 아날로그 파동 컴퓨팅 방법{ANALOG WAVE COMPUTER AND ANALOG WAVE COMPUTING METHOD}
본 발명은 물리공간에서 직접 파동정보를 센싱하여 입력, 연산 및 출력과정을 수행하는 아날로그 파동 컴퓨터 및 아날로그 파동 컴퓨팅 방법에 관한 것이다.
종래의 제1 세대 내지 제5 세대 컴퓨터는 계산 및 연산기능이 강조된 상태로 개발이 진행되었다. 이후, 제6 세대 컴퓨터는 인간의 우뇌의 기능과 유사한 부분을 담당하는 컴퓨터 개발을 목표로 개발되었다. 예를 들어,'신경 회로 컴퓨터' 또는 '초 병렬, 분산 컴퓨터'등과 같은 기술이 융합된 형태로 개발이 진행되었다.
이와 관련하여, 제6 세대 컴퓨터를 구현하기 위해 메타물질에 대한 연구 및 적용이 이루어지고 있다. 메타물질은 플라스틱과 금속 같은 일반적인 물질이 반복적인 패턴으로 배열되어 형성된다. 특히, 메타물질의 특성은 기본 물질의 특성이 아니라 그들의 구조에 의해 생기게 된다. 상세하게는, 메타물질을 구성하는 물질들의 정확한 모양, 기하학적 구조, 크기, 방향 그리고 배열 등이 메타물질의 특성을 결정한다.
메타물질은 위와 같이 자연에서 발견되지 않은 특이한 광학적 성질을 얻기 위해 인위적으로 설계된 물질이다. 이는 빛의 파장보다 훨씬 짧은 구조물로 구성되었으며, 6T(NT, IT, ET, BT, CT, ST)와 융합하여 다양한 분야에 활용될 수 있다. 대표적 예로, 유전율과 투자율을 조절해 굴절률을 변화시켜 음의 굴절률을 만들어낸 메타물질이 투명망토의 소재로 사용됨을 들 수 있다.
한편, 파동 컴퓨터에 적용되기 위해 메타물질은 변조된 광학적 특성을 유지할 수 있어야 한다. 이를 위해, 외부의 지속적 자극의 공급이 필요하며 이는 많은 전력 소모의 야기한다. 이 단점을 극복하기 위해 외부 자극 제거 후에도 변조된 특성이 유지 가능한 메모리 메타물질 이라는 개념이 대두되고 있다.
메모리 메타물질은 변화된 광학적 특성을 기억한다는 장점을 갖는다. 하지만 종래의 메모리 메타물질은 고온에서만 특성이 기억되거나 부피가 큰 광학적 장치에 의해서만 동작 가능해 현실적인 응용에 한계가 있었다. 때문에, 상온에서도 장시간 메모리 및 연산기능을 수행하도록 메타물질을 개량하는 연구가 지속되고 있다.
한편, 메타물질을 이용한 연산장치와 관련된 종래기술로서 한국등록특허 제10-1458221호(이하 '선행기술' 이라 약칭함)는 가변 메타물질 장치에 대한 것으로, 메타물질을 이용한 가변장치 및 이를 포함하는 인공매체가 개시되었다. 선행기술은 종래의 디지털 방식의 장치와 아날로그 정보를 연산하는 가변장치 및 인공매체를 연동하기 위한 문제의식이 일부 암시되었다. 이에 따라, 아날로그 정보를 디지털 형식의 정보로 변환하는 과정에서 일부 정보의 손실이 일어나거나, 데이터 변환의 시간이 지연되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1458221호
본 발명의 목적은 파동신호를 입력 받아 연산 및 출력을 구현할 수 있는 아날로그 컴퓨터 및 컴퓨팅 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 물리공간과 가상공간을 연결하여 외부에서 입력되는 아날로그 정보를 디지털 정보로 변환하지 않고, 상호 정보교환이 가능한 아날로그 컴퓨터 및 컴퓨팅 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 아날로그 파동 컴퓨터는, 외부의 신호를 입력 받고, 상기 외부의 신호에 대응한 제1 광신호를 발생하는 입력부; 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 포함하고, 상기 입력부로부터 수신한 상기 제1 광신호를 상기 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 통해 연산하여 제2 광신호를 발생하는 연산부; 및 상기 연산부로부터 발생한 제2 광신호를 수신하여 출력하는 출력부;를 포함한다.
상기 입력부는, 상기 외부의 신호는 전기파, 자기파, 광파, 음파, 압력, 열 및 화학물질에 의해 발생한 신호 중 적어도 하나이고, 상기 입력부는 상기 외부 신호를 광파로 변경하여 제1 광신호를 발생하는 소자를 포함할 수 있다.
상기 연산부에서 상기 연산은, 상기 제1 광신호는 상기 프로그램 구조 내부의 경로를 따라 통과하여 제2 광신호로 변환하는 과정일 수 있다.
본 발명의 실시 예를 따르는 아날로그 파동 컴퓨팅 방법은, 외부의 신호를 입력받고, 상기 외부의 신호에 대응한 제1 광신호를 발생하는 단계; 상기 제1 광신호를 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 통과시켜 상기 제1 광신호를 연산함으로써 제2 광신호를 발생하는 단계; 및 상기 제2 광신호를 외부로 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 컴퓨터는, 외부의 신호를 입력받아 광신호를 발생하는 입력부와 입력부로부터 전달받은 광신호를 연산하는 메타물질을 포함하는 연산부로 구성되어 전원공급 없이 컴퓨팅할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 컴퓨터는, 연산부에 내재된 프로그램 구조의 재조합을 통해 다양한 연산을 선택적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 컴퓨터는, 물리정보를 직접 입력받는 입력부를 포함함으로써 기존 센서의 활용범위를 넓힐 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 컴퓨터 및 컴퓨팅 방법은, 인위적인 입력에 의존하지 않고 외부 인식을 극대화하여 물리공간의 자료취득에 한계를 배제함으로써 인체의 감각기관을 모사한 물리-가상공간 간 정보처리가 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 파동 컴퓨터를 간략하게 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 아날로그 파동 컴퓨터를 간략하게 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연산부를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 구조를 도시한 것이다.
도 5는 도 4의 프로그램 구조가 재배치된 것을 도시한 것이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 구조에서 광신호가 이동하는 경로를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 출력부 를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 파동 컴퓨팅 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 파동 컴퓨터는 하기의 설명을 바탕으로 컴퓨터와 사람을 직접 연결하여 상호 정보를 교환하는 장치로 사용될 수 있으며, 기존의 계산위주의 컴퓨팅방식을 벗어나 컴퓨팅의 개념을 재정의하여 IT 산업을 새롭게 정의하고, 인공지능의 진화에도 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 파동 컴퓨터를 간략하게 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예를 따르는 아날로그 파동 컴퓨터는 외부의 신호를 입력 받고, 상기 외부의 신호에 대응한 제1 광신호를 발생하는 입력부; 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 포함하고, 상기 입력부로부터 수신한 상기 제1 광신호를 상기 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 통해 연산하여 제2 광신호를 발생하는 연산부; 및 상기 연산부로부터 발생한 제2 광신호를 수신하여 출력하는 출력부;를 포함한다.
입력부는 외부의 신호를 입력받고, 외부의 신호에 대응한 제1 광신호를 발생할 수 있다. 상기 입력부에서 발생한 제1 광신호는 연산부로 전달될 수 있다. 이를 위해 상기 상기 입력부는 상기 외부 신호를 광파로 변경하여 제1 광신호를 발생하는 소자를 포함할 수 있다. 외부로부터 단일 신호가 입력된 경우 제1 광신호는 단일 정보를 가질 수 있다. 또한, 외부로부터 다수의 정보를 갖는 신호가 입력된 경우 제1 광신호는 다양한 정보를 가진 상태로 발생되는 광신호의 묶음을 총칭할 수 있다.
한편, 연산부에서 발생한 제2 광신호는 제1 광신호와 마찬가지로 연산부에서 동시에 발생하는 광신호로 이해될 수 있으며, 단일한 제1 광신호가 전달된 경우 제2 광신호는 단일 신호로 구성될 수 있다. 한편, 다수의 정보를 갖는 제1 광신호가 전달된 경우 제2 광신호는 다양한 정보를 가진 상태로 발생되는 광신호의 묶음을 총칭할 수 있다.
상기 입력부는 아날로그 파동 컴퓨터의 외부공간으로부터 아날로그 정보를 포함하는 신호를 직접적으로 입력 받을 수 있다. 입력부가 입력 받을 수 있는 아날로그 정보는 특별히 제한되지 않으나 전기파, 자기파, 광파, 음파, 압력, 열 및 화학물질에 의해 발생하는 신호 중 적어도 하나일 수 있다. 입력부는 다양한 정보를 입력받기 위해 다양한 종류의 센싱 장치를 구비할 수 있으며, 아날로그 파동 컴퓨터의 용도에 따라 일부 선택적인 센싱 장치가 구비되어 아날로그 파동 컴퓨터의 부피증가를 예방할 수 있다.
상기 외부신호가 전기파 또는 자기파인 경우, 상기 입력부는 이를 수신하기 위한 안테나를 포함할 수 있으며, 안테나에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자를 포함할 수 있다. 상기 안테나에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자는 디스플레이 등에 사용되고 있는 발광소자일 수 있으나 특별히 제한되지 않는다. 또한, 상기 입력부는 외부의 전기파 또는 자기파에 반응하여 광파를 발생하는 물질 또는 소자를 포함함으로써 상기 안테나 및 상기 안테나에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자를 대체할 수 있다.
상기 외부신호가 광파인 경우 상기 입력부는 상기 외부신호를 제1 광신호로 변환하기 위한 성형부를 포함할 수 있다. 상기 성형부는 렌즈, 프리즘 및 광학필터 적어도 하나일 수 있다.
상기 외부신호가 음파인 경우, 상기 입력부는 상기 음파를 수신하기 위한 진동판을 포함할 수 있고, 상기 진동판에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자를 포함할 수 있다. 상기 진동판에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자는 디스플레이 등에 사용되고 있는 발광소자일 수 있으나 특별히 제한되지 않는다. 또한, 상기 입력부는 외부의 음파에 반응하여 광파를 발생하는 물질 또는 소자를 포함함으로써 상기 진동판 및 상기 진동판에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자를 대체할 수 있다.
상기 외부신호가 압력인 경우, 상기 입력부는 상기 압력을 수신하기 위한 압전체를 포함할 있고, 상기 압전체에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자를 포함할 수 있다. 상기 압전체에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자는 디스플레이 등에 사용되고 있는 발광소자일 수 있으나 특별히 제한되지 않는다. 또한, 상기 입력부는 외부의 압력에 반응하여 광파를 발생하는 물질 또는 소자를 포함함으로써 상기 압전체 및 상기 압전체에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자를 대체할 수 있다.
상기 외부신호가 열인 경우, 상기 입력부는 상기 열을 수신하기 위한 열전 재료, 써머커플(Thermocouple) 및 열전 소자등의 열전체를 포함할 수 있고, 상기 열전체에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자를 포함할 수 있다. 상기 열전체에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자는 디스플레이 등에 사용되고 있는 발광소자일 수 있으나 특별히 제한되지 않는다. 또한, 상기 입력부는 외부의 열에 반응하여 광파를 발생하는 물질 또는 소자를 포함함으로써 상기 열전체 및 상기 열전체에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자를 대체할 수 있다.
상기 외부신호가 화학 물질에 의해 발생하는 신호인 경우, 상기 입력부는 화학 물질에 의해 발생하는 신호를 측정하는 화학 센서를 포함할 수 있다. 상기 화학 센서는 특정 이온에 반응하는 가스 센서 또는 액체 센서일 수 있으며 특별히 제한되지 않는다. 또한, 상기 화학 센서로부터 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자를 포함할 수 있다. 상기 화학 센서에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자는 디스플레이 등에 사용되고 있는 발광소자일 수 있으나 특별히 제한되지 않는다. 또한, 상기 입력부는 외부의 화학 물질에 의해 발생하는 신호에 반응하여 광파를 발생하는 물질 또는 소자를 포함함으로써 상기 화학 센서 및 상기 화학 센서에 수신된 신호를 광파로 변환하는 소자를 대체할 수 있다.
상기 입력부는 제1 광신호를 연산부에 전달한다. 이를 위해 제1 광신호 전달 부재를 포함할 수 있다. 상기 제1 광신호 전달 부재는 광섬유일 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.
앞서 설명한 바와 같이 입력부는 발광 물질 또는 발광 소자을 포함할 수 있다. 입력부는 발광 물질 또는 발광 소자를 통해 입력된 아날로그 정보를 광신호로 변경시킬 수 있다. 본 발명의 실시 예를 따르는 아날로그 파동 컴퓨터에서 연산대상은 파동정보를 갖는 빛이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연산부를 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 구조를 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 프로그램 구조가 재배치된 것을 도시한 것이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 구조에서 광신호가 이동하는 경로를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 연산부는 수광부, 프로그램부 및 송출부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 프로그램부와 상호 작용을 하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 프로그램부는 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 포함한다.
연산부는 입력부로부터 제1 광신호를 전달받고 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 통해 제1 광신호를 연산하여 제2 광신호를 발생할 수 있다. 입력부로부터 전달된 제1 광신호를 상기 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 통과시킴으로써 상기 제1 광신호를 연산할 수 있다. 상기 연산된 제1 광신호는 제2 광신호로 변환되고, 이를 송출부를 통해 출력부로 전달할 수 있다.
상기 수광부는 제1 광신호를 수신하기 위한 구조를 포함하고 전달받은 제1 광신호를 프로그램부로 전달할 수 있다. 상기 제1 광신호를 수신하기 위한 구조는 렌즈, 필터 및 광섬유 중 하나일 수 있다.
상기 송출부는 제2 광신호를 송신하기 위한 구조를 포함할 수 있다. 상기 제2 광신호를 송신하기 위한 구조는 렌즈, 필터 및 광섬유 중 하나일 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 연산부는 프로그램부, 수광부 및 송출부가 별도의 물리적 구분 없이 배치될 수 있다. 즉, 메타물질로 이루어진 구조체의 일단에서 제1 광신호를 수신할 수 있으며, 상기 메타물질로 이루어진 구조체 내의 경로를 상기 제1 광신호가 통과하면서 연산이 수행된 후, 상기 메타물질로 이루어진 구조체의 타단에서 제2 광신호를 송신할 수 있다. 이 경우, 상기 메타물질로 이루어진 구조체의 일단이 수광부에 해당하고, 타단이 송출부에 해당할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 구조를 도시한 것이고, 도 5는 도 4의 프로그램 구조가 재배치된 것을 도시한 것이다.
프로그램부는 제1 광신호를 프로그램 구조 내로 통과함으로써 제1 광신호를 연산할 수 있다. 이를 위해, 프로그램부는 제1 광신호를 연산하는 복수의 프로그램 구조를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서, 프로그램부는 각각의 연산과정을 수행하기 위한 메타물질을 포함한 복수의 프로그램 구조를 포함할 수 있다. 전술한 연산과정은 사칙연산, 미분, 확률계산 등을 포함한 수학적 연산과정일 수 있다. 또한, 연산과정은 AND gate, OR gate 등을 포함하는 논리적 연산과정일 수 있다. 이러한 연산과정은 각각의 메타물질에 지정되어 설정될 수 있으며, 사용자의 필요에 따라 수정되어 적용될 수 있다. 프로그램 구조의 내부 구조, 즉 메타물질의 내부 또는 표면 구조를 변경함으로써 프로그램 구조의 연산을 변경할 수 있다.
상기 프로그램부는 복수의 프로그램 구조를 포함할 수 있으며, 도 4에 개시된 바와 같이, 프로그램부는 제1 프로그램 구조, 제2 프로그램 구조 및 제3 프로그램 구조를 포함할 수 있다. 제1 광신호는 제1 프로그램 구조를 최초로 경유하여 제1 연산이 수행될 수 있다. 이후 제2 프로그램 구조로 전달된 광신호는 메타물질을 통해 제2 연산과정이 수행되며, 이후 제3 프로그램 구조로 전달될 수 있다. 제3 프로그램 구조는 제3 연산과정을 수행하며, 이후 연산이 종료된 제2 광신호를 발생할 수 있다. 상기 제2 광신호는 송출부로 전달될 수 있다.
프로그램부에 포함된 프로그램 구조는 다양하게 재조합될 수 있다. 여기서 재조합이란, 복수의 프로그램 구조의 위치를 변경하거나, 각 프로그램 구조의 전달 경로를 변경하는 것일 수 있다.
도 5에 개시된 바와 같이, 도 4의 프로그램 구조를 재조합함으로써 제1 광신호의 연산 순서를 변경할 수 있다. 구체적으로, 제1 광신호는 제3 프로그램 구조를 최초로 경유하여 제1 연산이 수행될 수 있다. 이후 제1 프로그램 구조로 전달된 광신호는 메타물질을 통해 제2 연산과정이 수행되며, 이후 제2 프로그램 구조로 전달될 수 있다. 제3 프로그램 구조는 제3 연산과정을 수행하며, 이후 연산이 종료된 제2 광신호를 발생할 수 있다. 상기 제2 광신호는 송출부로 전달될 수 있다.
도 4 및 도 5의 형태로 메타물질이 고정되어 제공되는 아날로그 파동 컴퓨터는 동일하고 반복적인 연산을 수행하기 위한 분야에서 지속적으로 사용하기에 용이하며, 이는 주문형 반도체(AISC: Application Specific Integrated Circuit)의 개념으로 이해될 수 있다.
한편, 프로그램부에서 수행하는 제1 연산 내지 제3 연산은 연산이 이루어지는 순서에 따라 구분하기 위한 서수적인 표현으로 이해될 수 있다. 이처럼, 사용자는 메타물질을 포함하는 복수의 프로그램 구조를 필요에 따라 물리적으로 재배치 할 수 있으며, 이를 통해 프로그램부는 연산과정 및 연산결과가 상이한 광신호를 발생할 수 있다. 프로그램부에서 연산과정을 거친 광신호는 제2 광신호로 이해될 수 있으며, 해당 광신호는 송출부로 전달되어 출력부로 송출될 수 있다. 이와 같은 과정은, 상이한 과정이 적용되어야 하는 분야에 적합한 연산방식으로 이해될 수 있으며, 논리회로의 가변성이 포함된 FPGA(Field Programmable Gate Array)의 개념으로 이해될 수 있다.
상기 도 4 및 도 5에서 설명한 프로그램 구조의 재조합 및 변경을 위해, 프로그램부는 상기 프로그램 구조를 재조합 또는 변경할 수 있는 구성을 더 포함할 수 있다. 상기 프로그램 구조를 재조합 또는 변경할 수 있는 구성은 렌즈, 반사판, 광학 필터 및 광섬유 등 빛이 이동 경로를 제어할 수 있는 구성일 수 있다. 또한, 상기 프로그램 구조를 재조합 또는 변경할 수 있는 구성은 상기 프로그램 구조의 물리적 위치를 변경할 수 있는 구동부를 포함할 수 있다. 또한, 메타물질의 결정 구조를 변경함으로써 상기 메타물질의 표면 또는 내부 구조를 변경하기 위한 일반적인 구성을 포함할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 프로그램 구조에서 광신호가 이동하는 경로를 도시한 것이다. 연산부는 프로그램 구조를 재조합하여 연산부를 통과하는 제1 광신호의 경로를 변경하여 제1 광신호의 연산과정을 변경할 수 있다.
본 실시 예에서, 연산부는 프로그램부를 통과하는 제1 광신호의 경로를 변경할 수 있다. 연산부는 광경로의 변경을 위해 프로그램부를 물리적으로 재배치하거나 광신호가 통과하는 프로그램 구조를 선택적으로 설정할 수 있다. 해당 실시 예에서, 연산부는 아날로그 파동 컴퓨터와 물리적으로 격리된 외부로부터 직접적인 개입을 받지 않고도 광경로를 변경할 수 있으며, 이는 전술한 도 4 및 도 5의 실시 예보다 넓은 개념의 특징으로 이해될 수 있다.
이와 관련하여 도 6 및 7을 참조하면, 프로그램부는 제1 프로그램 구조, 제2 프로그램 구조, 제3 프로그램 구조및 제4 프로그램 구조를 포함할 수 있다. 각각의 프로그램 구조는 이동, 회전, 진동 등 물리적으로 상태가 변경될 수 있다. 또한, 각각의 프로그램 구조는 물리적인 변화 없이 고정된 상태로 연산을 수행할 수 있다.
도 6의 실시 예에서, 광신호는 제1 프로그램 구조로 전달되어 제1 연산이 수행될 수 있다. 이후 광신호는 제2 프로그램 구조로 전달되어 제2 연산이 수행될 수 있다. 마찬가지로, 연산된 광신호는 제3 프로그램 구조로 전달되어 제3 연산이 수행될 수 있으며, 이후 제4 프로그램 구조에서 제4 연산을 수행할 수 있다. 이를 통해 프로그램부는 제2 광신호를 발생할 수 있다.
한편, 도 7의 실시 예에서, 광신호는 제1 프로그램 구조로 전달되어 제1 연산이 수행될 수 있다. 이후, 연산된 광신호는 제4 프로그램 구조로 전달되어 제2 연산이 수행될 수 있다. 이를 통해 프로그램부는 제2 광신호를 발생할 수 있다. 이처럼, 광경로는 프로그램부에 포함된 모든 프로그램 구조를 경유하지 않도록 설정될 수 있다.
전술한 과정은 각각의 프로그램 구조에 내재된 프로그램에 의해 자동적으로 진행되거나, 프로세서를 통해 내재된 프로그램이 제어됨으로써 수행될 수 있다. 또한, 상기 프로세서를 통해 앞서 설명한 프로그램 구조의 재조합 및 변경을 제어할 수 있다. 상기 프로세서는 컴퓨팅 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 프로세서를 의미하는 것으로 특별히 제한되지 않는다.
상기 프로세서는 인공신경망 알고리즘이 내제될 수 있다. 또한, 프로세서는 프로그램부의 연산과정을 기계학습하여 프로그램부의 광경로를 설정할 수 있다.
상기 프로세서는 프로그램부의 연산과정이 포함된 광경로를 정보를 전달받을 수 있다. 프로세서는 인공신경망 알고리즘을 통해 전달받은 정보를 기계학습 할 수 있다. 프로세서는 학습된 광경로와 동일한 정보를 갖고 동일한 결과를 출력하기 위한 신호가 입력되는 경우 학습된 광경로를 수행하기 위해 프로그램 구조 및 광경로를 재설정하여 연산과정을 단축시킬 수 있다.
또한, 프로세서는 다수의 정보를 포함하는 신호가 입력되는 경우, 프로그램부의 연산의 우선순위를 설정할 수 있으며, 이에 따라 복수의 프로그램 구조를 재배치하거나 메타물질에 포함된 연산을 수정하거나 광경로를 재설정 하도록 제어함으로써 프로그램부의 연산효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 설명 중, 메타물질에 포함된 연산을 수정하는 과정은 EPLD(Erasable Programmable Logic Device)를 이용한 과정과 유사하게 이루어질 수 있다. EPLD를 이용한 과정은 논리 기능을 수행할 수 있는 회로를 고강도 자외선에 노출시켜 기존에 입력된 프로그램을 소거시키고, 재프로그래밍 하는 과정이다. 즉, 프로세서는 이와 같이 메타물질에 포함된 연산을 소거하여 재프로그래밍 할 수 있다.
송출부는 제1 광신호를 연산하여 생성된 제2 광신호를 출력부로 송출할 수 있다. 상기 송출부는 제2 광신호를 프로그램부로부터 전달받을 수 있다. 송출부로 제2 광신호가 전달되는 과정은 연산된 제2 광신호의 아날로그 정보의 손실이 발생하지 않는 모든 방법으로 수행될 수 있다. 송출부는 프로그램부에서 연산한 광신호를 출력부로 송출할 수 있다. 송출부는 연산된 광신호에 추가적인 연산을 수행하는 구성요소로 정의되지 않으며, 제2 광신호의 송출의 기능이 강조된 구성요소로 이해됨이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 출력부 를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 상기 출력부는 연산부로부터 제2 광신호를 전달받을 수 있다. 상기 출력부는 프로그램부로부터 제2 광신호를 전달받을 수 있다. 출력부는 전달받은 광신호를 처리하여 전기파, 자기파, 광파, 음파, 압력, 열 및 화학물질에 의해 발생한 신호 등 다양한 형태로 출력할 수 있다. 또한, 상기 출력부는 프로그램부에서 전달받은 제2 광신호를 별도의 변환 없이 그대로 출력할 수 있다.
상기 출력부는 앞서 설명한 입력부의 기능을 역으로 수행하는 물질 또는 소자를 포함할 수 있다. 상기 출력부는 요구되는 신호의 형태에 따라 선택될 수 있다.
상기 출력이 요구되는 신호가 전기파 또는 자기파인 경우, 상기 출력부는 이를 송신하기 위한 안테나를 포함할 수 있으며, 광파를 안테나에서 송신할 신호로 변경하는 소자를 포함할 수 있다. 상기 소자는 포토 다이오드(Photo diode)일 수 있으나 특별히 제한되지 않는다.
상기 출력이 요구되는 신호가 광파인 경우 상기 출력부는 상기 제2 광신호를 변환하기 위한 성형부를 포함할 수 있다. 상기 성형부는 렌즈, 프리즘 및 광학필터 적어도 하나일 수 있다.
상기 출력이 요구되는 신호가 음파인 경우, 상기 출력부는 상기 제2 광신호를 음파로 변경하기 위한 소자를 포함할 수 있으며, 상기 소자는 진동판을 포함할 수 있다. 또한, 포토 다이오드(Photo diode)를 통해 상기 제2 광신호를 적절한 신호로 변경하여 진동판을 작동할 수 있다.
상기 출력이 요구되는 신호가 압력인 경우, 상기 출력부는 상기 제2 광신호를 압력으로 변경하기 위한 압전체를 포함할 있고, 포토 다이오드(Photo diode)를 통해 상기 제2 광신호를 적절한 신호로 변경하여 압전체를 작동할 수 있다.
상기 출력이 요구되는 신호가 열인 경우, 상기 출력부는 상기 제2 광신호를 열 신호로 변경하기 위해 광열체, 열전 재료, 써머커플(Thermocouple) 및 열전 소자 등의 열전체를 포함할 수 있고, 포토 다이오드(Photo diode)를 통해 상기 제2 광신호를 적절한 신호로 변경하여 열전체를 작동할 수 있다. 상기 광열체는 광파에 의해 열이 발생하는 물질 또는 소자로, 산화 그래핀 등의 물질이 있다.
또한, 상기 출력부는 제2 광신호를 전달받아 홀로그램을 방출할 수 있다. 상기 출력부는 전달받은 제2 광신호를 홀로그램 형태로 방출할 수 있다. 이는 앞서 설명한 출력형태의 실시 예 중 하나로 이해될 수 있다. 상기 출력부는 홀로그램 형태의 방출을 수행하는 과정에서, 전달받은 제2 광신호의 상호 간섭을 유도할 수 있다. 이를 위해 상기 출력부는 홀로그램을 형성하는 구성, 예를 들면 레이저 발진기를 포함할 수 있다.
상기 출력부는 제2 광신호를 저장부로 전달할 수 있다. 출력부는 제2 광신호에 추가적인 처리과정을 포함하지 않고 전달할 수 있다. 또한, 상기 출력부는 제2 광신호를 렌즈, 프리즘, 필터 등을 이용하여 변환하여 저장부로 전달할 수 있다.
저장부는 아날로그 패턴 저장 기법을 활용할 수 있다. 도 2를 참조하면, 저장부는 출력부로부터 광신호를 전달받을 수 있다. 상기 저장부는 빛의 흔적을 저장하는 형태를 채용할 수 있으며, 홀로그래피 현상필름, 홀로그래피 디스크와 같은 형태로 구현될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 파동 컴퓨팅 방법의 순서도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 아날로그 파동 컴퓨팅 방법은, 외부의 신호를 입력받고, 상기 외부의 신호에 대응한 제1 광신호를 발생하는 단계; 상기 제1 광신호를 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 통과시켜 상기 제1 광신호를 연산함으로써 제2 광신호를 발생하는 단계; 및 상기 제2 광신호를 외부로 출력하는 단계;를 포함한다.
아날로그 파동 컴퓨팅 방법은 앞서 설명한 아날로그 파동 컴퓨터를 통해 수행될 수 있다.
외부로부터 전기파, 자기파, 광파, 음파, 압력, 열 및 화학물질에 의해 발생한 신호 등 다양한 신호를 입력 받고, 이에 대응하는 제1 광신호를 발생시킨다.
상기 제1 광신호는 메타물질을 포함하는 프로그램 구조에 통과함으로써 제2 광신호로 변환된다. 이러한 변환 과정을 통해 연산이 수행된다.
다음으로, 상기 제2 광신호는 그대로, 또는 필요에 따라 적절한 형태의 신호로 변환되어 외부로 출력된다.
또한, 상기 제2 광신호는 아날로그 패턴 저장 기법을 활용하여 저장될 수 있다.
이상에서 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1, 1a: 아날로그 파동 컴퓨터
11: 입력부
13: 연산부
131: 수광부
133, 133a, 133b, 133c, 133d: 프로그램부
1331: 제1 프로그램 구조
1333: 제2 프로그램 구조
1335: 제3 프로그램 구조
1337: 제4 프로그램 구조
135: 프로세서
137: 송출부
15: 출력부
S1: 신호 입력 및 제1 광신호 발생 단계
S3: 제2 광신호 발생 단계
S5: 신호 출력 단계

Claims (10)

  1. 전기파, 자기파, 음파, 압력, 열 및 화학물질에 의해 발생한 신호 중 적어도 하나인 외부의 신호를 입력 받고, 이를 광파로 변환하여 상기 외부의 신호에 대응한 제1 광신호를 발생하는 입력부;
    메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 포함하고, 상기 입력부로부터 수신한 상기 제1 광신호를 상기 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 통해 연산하여 제2 광신호를 발생하는 연산부; 및
    상기 연산부로부터 발생한 제2 광신호를 수신하여 출력하는 출력부;를 포함하는 아날로그 파동 컴퓨터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연산부에서 상기 연산은,
    상기 제1 광신호는 상기 프로그램 구조 내부의 경로를 따라 통과하여 제2 광신호로 변환하는 과정인 아날로그 파동 컴퓨터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 제1 광신호를 연산하는 복수의 프로그램 구조를 포함하고,
    상기 복수의 프로그램 구조는 사용자에 의해 재조합됨으로써 다른 연산결과를 도출하는 아날로그 파동 컴퓨터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는,
    상기 제1 광신호를 받는 수광부, 상기 수광부에서 전달받은 제1 광신호를 상기 프로그램 구조 내부를 통과시킴으로써 상기 제1 광신호를 연산하여 상기 제1 광신호를 제2 광신호로 변환시키는 프로그램부, 및 상기 제2 광신호를 상기 출력부로 송출하는 송출부를 포함하는 아날로그 파동 컴퓨터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연산부는,
    인공신경망 알고리즘이 내제된 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 프로그램부의 연산과정을 기계학습하여 상기 프로그램부의 광경로를 설정하는 아날로그 파동 컴퓨터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 출력부는,
    상기 제2 광신호를 전달받아 제3 신호를 방출하는 흡광물질을 포함하는 아날로그 파동 컴퓨터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 출력부는,
    제2 광신호를 전달받아 홀로그램을 방출하는 아날로그 파동 컴퓨터.
  9. 제1항에 있어서,
    아날로그 패턴 저장 기법을 활용하는 저장부를 더 포함하는 아날로그 파동 컴퓨터.
  10. 전기파, 자기파, 음파, 압력, 열 및 화학물질에 의해 발생한 신호 중 적어도 하나인 외부의 신호를 입력받고, 이를 광파로 변환하여 상기 외부의 신호에 대응한 제1 광신호를 발생하는 단계;
    상기 제1 광신호를 메타물질을 포함하는 프로그램 구조를 통과시켜 상기 제1 광신호를 연산함으로써 제2 광신호를 발생하는 단계; 및
    상기 제2 광신호를 외부로 출력하는 단계;를 포함하는 아날로그 파동 컴퓨팅 방법.
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